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Cisco Academy Days 2016Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik
Lernsituation SmartHomePro
FÄCHERÜBERGREIFENDER EINSTIEG IN DIE I(O)T-AUSBILDUNg
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OSZ Informations- und Medizintechnik
größte IT-Schule in Berlin
ca. 2.700 Schüler, davon ca. 1.000 Azubis (dual/vollschulisch) im Bereich IT / Netzwerktechnik
Über 1.000 TN in der Networking Academy
Größte Cisco Networking Academy in Deutschland
Schwerpunkt: ITE, CCNA und CCNP R&S / Sec
Martin Schleyer
Informatik &Elektrotechnik
CCNA Instructor„in Ausbildung“
Microsoft Innovative Expert Educator
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AgendaFächerübergreifender Einstieg in die I(o)T-Ausbildung
THEMA GEPLANT
IoT in der beruflichen Bildung 10 Min.
Lernsituation SmartHomePro 10 Min.
Workshop – SmartHomePro Twitter-LED Der WLAN-Switch Temperatur-Messung & Anzeige
40 Min.
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Das IoT in der beruflichen Bildung……vom Spezialisten zurück zum Generalisten
Lernfelder statt Fächer…
…und doch stark an klassischen Fächern orientiert
NetzwerktechnikLF 7/9
IT-SystemtechnikLF 4/10
Software-EntwicklungLF 6
EnglischLF 5
Betriebliche ProzesseLF 2/8/11
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Das IoT in der beruflichen Bildung……vom Spezialisten zurück zum Generalisten
Lernfelder statt Fächer…
…als Abbild des Berufsalltags einer IT-Fachkraft
NetzwerktechnikLF 7/9
IT-SystemtechnikLF 4/10
Software-EntwicklungLF 6
EnglischLF 5
Betriebliche ProzesseLF 2/8/11
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Das IoT in der beruflichen Bildung……vom Spezialisten zurück zum Generalisten
IT-SystemtechnikLF 4/10
Software-EntwicklungLF 6
EnglischLF 5
Betriebliche ProzesseLF 2/8/11
Hack·a·thon, der: kollaborative Software- und
Hardwareentwicklungs-veranstaltung. Die Teilnehmer
bearbeiten ihre Projekte in funktionsübergreifenden Teams
NetzwerktechnikLF 7/9
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Das IoT in der beruflichen Bildung……vom Spezialisten zurück zum Generalisten
IT-SystemtechnikLF 4/10
Software-EntwicklungLF 6
EnglischLF 5
Betriebliche ProzesseLF 2/8/11
Wie kann ich meine Zielgruppe möglichst frühan das Thema Hackathon heranführen?
NetzwerktechnikLF 7/9
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Das IoT in der beruflichen Bildung……vom Spezialisten zurück zum Generalisten
IT-SystemtechnikLF 4/10
Software-EntwicklungLF 6
EnglischLF 5
Betriebliche ProzesseLF 2/8/11
NetzwerktechnikLF 7/9
Schülerinnen und Schüler möglichst früh mit
fächerübergreifenden Lernsituationen„konfrontieren“!
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IoT
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Strukturierte Programmierung
AnwendungsentwicklungISO/OSI-Modell
Wireless LANFunktechnologien
ElektrotechnischeGrundlagen
Netzwerktechnik
Software-Lifecycle
Wo finde ich das IoT eigentlich in der Unterrichtspraxis?
Ansteuern von Aktoren / Servos …
…der SmartHomePro - Kompass
Speichern von Messdaten
IP-NetzwerkeIPv6
Betriebliche Prozesse
Wirtschafts- und Sozialkunde
Erfassen von Messgrößen
LEDs betreiben
Bereitstellen von Microservices
Digitalisierung des ArbeitslebensDatenschutz – der gläserne Mensch?
Digitale Geschäftsmodelle
Kryptographie undAuthentifizierung
Steuerungstechnik
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IoT
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Welche Themen kann ich wann imThemenbereich SmartHome abbilden?
Mensch-Maschine-Interaktion
MQTT
ISO/OSI-Modell
BluetoothZigbee
Sensoren und Aktoren
Meshed Networks
Datentypen
Smart Grid
Modulare Lernsituationen zum IoT in der Praxis…
Löten für Einsteiger
…der SmartHomePro - Kompass
RESTful Web-Services
IP-Grundkonfiguration
IPv6
Elektrische Grundgrößen
Kryptografie
EINSTEIGER
PROFIS
Strukturierte Programmierung
Wireless LAN
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Lernsituation SmartHomePro in der Praxis
AUFGABENSTELLUNG
Entwickeln Sie gemeinsam mit einem Team-Partner je einen Sensor und einen Aktor für das System SmartHomePro. Präsentieren Sie Ihren Prototypen in einer Kurzpräsentation und dokumentieren Sie den Aufbau der Hard- und Software.
Integrierte Smart-Home-Lösung SmartHomePro
Ein Berliner Start-Up möchte in den SmartHome Markt einsteigen
Kompetenz im Bereich Digital Media und App-Development ist vorhanden…
…aber Unterstützung für den Hardwarebereich wird benötigt
Ein möglichst großes Angebot an Sensoren und Aktoren soll entstehen!
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Lernsituation SmartHomePro in der Praxis
SMART HOME ALS EINSTIEG IN DIE IT-AUSBILDUNG?
Smart Home gibt einen Überblick
Die Azubis bekommen einen ersten Einblick in fast alle Themenbereiche – alle Lernfelder werden tangiert
Inhalte der Lernfelder werden außerdem direkt verknüpft– die Frage „Warum brauche ich das?“ ist geklärt
Smart Home greift die Lebenswelt der Lernenden auf
Das Thema hat sowohl berufliche als auch persönliche Relevanz
Smart Home ist erstaunlich vielseitig
Zu fast jeder Fragestellung lässt sich ein sinnvolles Beispiel im Smart Home-Bereich finden
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Lernsituation SmartHomePro in der Praxis
ABLAUF DER LERNSITUATION
Erarbeiten der Grundkompetenzen
Drei Aufgaben mit steigendem Schwierigkeitsgrad
Jede Aufgabe bildet eine Spirale im Handlungskreis ab
Kreativ-Phase
Lernende entwickeln im Zweier-Team beliebige Lösung mit je einem Sensor und einem Aktor
Es steht eine große Auswahl an Modulen zur Verfügung
Die Jury muss überzeugt werden
► Erste Schritte in Richtung Hackathon
► Prinzip der vollständigen Handlung kennenlernen
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Lernsituation SmartHomePro in der Praxis
ABLAUF DER LERNSITUATION
Erarbeiten der Grundkompetenzen
Die drei Aufgaben können binnendifferenziert eingesetzt und angepasst werden
Von kleinen Schritten zu großen Aufgaben
WLAN-SWITCH
Erste Schritte mit der Umgebung
ISO/OSI
AMBI-LIGHT
Umrechnung von Zahlensystemen
Digitale Interfaces / Ansteuerung LED-Streifen
SMART PLANT POT
Grundlagen Elektrotechnik
Strukturierte Programmierung
Internet-Protokolle
SMTP / HTTP / …
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Lernsituation SmartHomePro in der Praxis
KOMPETENZERWERB
…die Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells
benennen und den Schichten Protokolle
zuordnen
… Zahlen zwischen verschiedenen
Zahlensystemen (Hexadezimal Dual, Dezimal)
umrechnen
…den Ablauf einer IPv4-Verbindung und die
Header eines TCP/IP-Paketes beschreiben
…die elektrischen Grundgrößen und ihre
Bedeutung für das Berufsbild
Fachinformatiker/in benennen
…einfache Schaltungen mit passiven Elementen
und digitalen Komponenten auf einem
Steckbrett aufbauen und mit Schaltzeichen der
DIN EN 60617 dokumentieren
…einen unbelasteten Spannungsteiler unter
Anwendung des Ohmschen Gesetzes für die
Auswertung von Sensordaten dimensionieren
…den Aufbau eines C-Programms mit den
Arduino-Bibliotheken beschreiben
…die fundamentalen Datentypen in C
bedarfsgerecht auswählen
…einfache Programmabläufe mit
Verzweigungen und Schleifen beeinflussen
…die Arduino-Bibliotheken zur
Netzwerkkommunikation und zur Eingabe und
Ausgabe von analogen und digitalen Werten
verwenden
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Technische Umsetzung
DAS ARDUINO-ÖKOSYSTEM
Arduino ist eine OpenSource-Plattform
Hardware: Entwicklungsboards, meistens auf der Basis
von Atmel-AVR-Controllern – in vielen Bauformen
verfügbar
Software: C-Bibliothek zur einfachen Nutzung von
Mikrocontrollern, und Bootloader mit Flash-Funktion
Entwicklungsumgebung: Reduzierte IDE mit integrierter
gcc-Toolchain für den passenden Controller
Für Profis: Direkte Einbindung in Eclipse
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NodeMCU-Board
Micro-USB-Anschluss(Spannungsversorgung und Programmierung)
Ein analoger Eingang,
Neun digitale Ein-/Ausgänge
Zwei UART-Schnittstellen
ESP8266 mit WLAN 802.11 b/g/n
32-bit RISC CPU mit 80 MHz
64 kiByte RAM für Programme,
96 KiByte RAM für Daten
4 MiByte Flash,
Unterstützung für internes Dateisystem
Technische Umsetzung
DAS NODEMCU-BOARD MIT ESP8266
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Welchen Aufwand bedeutet das für mich
als Lehrkraft?
Antwort: Kommt darauf an - in offenen Lernarrangements: wenig!
Materialien und Unterrichtsorganisation für INFORMIEREN-Phase kann mit leichten Anpassungen weiterverwendet werden
Zusatzaufgabe: Technischer Support
Sich und den Lernenden zutrauen, im Lehrer-Team nur als Fachexperte gesehen zu werden
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Cisco Academy Days 2016Oberstufenzentrum Informations- und Medizintechnik
Lernsituation SmartHomePro
Teil II – Workshop
DER WLAN-SWITCH
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Frau Wandelt, sportliche 1,93 Meter groß, ist es leid, sich ständig den Kopf zu
stoßen wenn sie morgens als erstes ins Büro kommt. Irgendein Elektro-Heini
hat nämlich den Hauptschalter für das Licht im Büro in einen kleinen Technik-
Raum mit einer 1,90-Meter-Tür eingebaut. Am liebsten würde sie das Licht
direkt auf Ihrem Smartphone einschalten
Damit sie nicht im Dunkeln sitzt, wenn ihr Akku leer ist, soll zusätzlich auch ein
einfacher WLAN-Schalter direkt neben die Tür installiert werden. Gleichzeitig
will sie so auch das Protokoll zur Ansteuerung testen. Vorerst soll als
Grundlage eine TELNET-Verbindung dienen. Für alles Weitere haben Frau
Mohr und Frau Wandelt Ihnen einen Freifahrtschein ausgestellt.
Implementieren Sie jeweils einen Sender (Sensor) und einen Empfänger (Aktor). Der Sender hat einen Kippschalter und soll seinen aktuellen Zustand über WLAN an den Empfänger übertragen.
DER WLAN-SWITCH
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DER WLAN-SWITCH
Ziel: Einstieg ins Thema
Kennenlernen der Arbeitsumgebung
Erste Schritte im IPv4-Netz
NodeMCU-Boards programmieren
Ablauf / Partnerarbeit:
Recherche zu ISO/OSI-Modell
Vorhandenes Material kann genutzt werden
IP- und WLAN-Einstellungen planen
Implementierung
Partner A: Telnet-Server
Partner B: Telnet-Client
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Workshop SmartHomePro
ARBEITEN MIT DEM STECKBRETT
Versorgungsschiene jeweils durchverbunden
Jede „Spalte“ ist verbunden, obere und untere Hälfte unabhängig (wichtig für IC‘s!
74HC01
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Kompilieren / Hochladen
Fehler / Infos in Konsole
Quelltext (Sketch)
setup()
loop()
setup() Funktion wird vom Bootloader einmalig aufgerufen wenn das Programm startet
Loop-Funktion läuft anschließend als Endlos-Schleife
Workshop SmartHomePro
DIE ARDUINO-IDE
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Workshop SmartHomePro
MATERIALIEN
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Fragen?
Workshop SmartHomePro
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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